Дэниел Франклин - Мегатех. Технологии и общество 2050 года в прогнозах ученых и писателей

Калифорнийская мечта

Размещенные во всем мире емкости для хранения энергии кажутся почти мизерными по сравнению с мощностью ее производства. Но в ближайшие десятилетия все изменится. Калифорния, получившая предписание к 2030 году производить 50 % электроэнергии с помощью возобновляемых источников, уже потребовала от трех своих крупнейших принадлежащих инвесторам сетей к 2020 г. добавить 1,3 гВт накопленной и сохраненной энергии. AES Energy, «дочка» энергетического гиганта AES, устанавливает огромную 100-мегаваттную литий-ионную систему аккумуляторов, которая сможет быстро обеспечить подачу энергии на срок более четырех часов. Southern California Edison (SCE) — крупное предприятие, обслуживающее около 15 млн человек в центральной и южной Калифорнии, уже закупило несколько сотен мегаватт хранящейся энергии. SCE также сотрудничает с основанной в Кремниевой долине компанией Stem. Последняя, предоставляющая услуги в области электроснабжения, сочетает в себе небольшое модульное хранилище литий-ионных аккумуляторов и интеллектуальное программное обеспечение для снижения предприятиями расхода электроэнергии. Контракт с SCE предусматривает установку хранилища на 85 мВт, распределяемых примерно на 1000 потребителей в течение 10 лет.

Директор отдела накопительных энергетических установок компании GTM Research Рави Мангани утверждает, что к 2020 г. большинство новых хранилищ в виде «электрогенерирующего объекта, находящегося вне собственности поставщика», появятся не только на предприятиях, но и в частных домах. То же самое предсказывает и эксперт по хранению энергии из крупной немецкой компании RWE Кристиан Метцгер. Он полагает, что в ближайшие десятилетия объединенная система распределенных энергохранилищ по всей Германии станет достаточно большой, чтобы поставлять всевозможные услуги в сеть — это сделает ненужным строительство дорогостоящих крупных энергохранилищ. «Дополнительное долгосрочное ее хранение потребуется только после 2050 года, когда возобновляемые источники энергии, как ожидается, будут обеспечивать 80 % (или даже больше) электроэнергии Германии», — говорит Метцгер.

В настоящее время наиболее технологичным выбором для новых систем хранения энергии во всем мире является литий-ионный аккумулятор, на который, по данным исследовательской фирмы Navigant, в 2015 году приходилось более 85 % существующих емкостей хранения. Для удовлетворения растущего спроса на электромобили, а также на модульные системы накопления энергии для домов и предприятий, получившие название Powerwall и Powerpack соответственно, калифорнийский производитель электромобилей и решений для хранения энергии Tesla Motors совместно со своим поставщиком батарей компанией Panasonic строят в Неваде завод Gigafactory стоимостью в 5 млрд доллларов. Другие крупные производители литий-ионных батарей тоже наращивают обороты.

Все это благодаря увеличению экономии энергии за счет вертикальной интеграции и других мер повышения эффективности работы должно привести к значительному уменьшению затрат на аккумуляторы. Согласно отчету Bloomberg New Energy Finance, к 2030 году стоимость батарейного блока для электромобиля может опуститься с нынешних 350 долларов за киловатт-час ниже 120. Тогда электромобили смогут достойно конкурировать с обычными машинами без каких-либо субсидий. В докладе говорится, что к 2040 году 35 % всех проданных новых автомобилей в мире могут быть электрическими и гибридными.

По мере роста доли возобновляемых источников энергия для подзарядки электромобилей будет поступать из наболее чистых из них. Кроме того, для снижения счетов за электроэнергию владельцы электромобилей смогут предложить свои аккумуляторы энергосбытовым компаниям, чтобы снизить таким образом счет за электричество. Сеть станет более чистой, доступной и распределенной. У частных лиц и предприятий появится возможность не только накапливать энергию в аккумуляторах, но и продавать ее излишки другим.

Долгожданное

Несмотря на то что в период до 2050 года очень большое значение будут иметь технологии, связанные с возобновляемыми видами энергии, и им подобные, другие виды энергетики тоже не прекратят развиваться. Атомная энергетика также производит электроэнергию, при этом не выделяя газы, изменяющие климат. Ядерное деление расщепляет атомы тяжелых элементов — таких, как уран — на легкие, в процессе генерируя энергию. Первые атомные электростанции начали функционировать в 1950-х годах. Сегодня в мире работают около 450 ядерных реакторов, обеспечивающих порядка 11 % общемировой электроэнергии. По оценкам МЭА, к настоящему моменту ядерная энергетика помогла сократить выбросы CO 2 в атмосферу примерно на столько, сколько человечество выбрасывает его в атмосферу в течение двух лет.

В 2011 году землетрясение и последовавшее за ним цунами привели к аварии на АЭС в Фукусиме (Япония). Хотя вырвавшаяся радиация никого не убила, переселить пришлось более 150 тысяч человек. Общественность сильно обеспокоилась по поводу вероятности дальнейших аварий.

Большая часть из 60 строящихся ныне реакторов расположены в Китае, Индии и России, где законодательные барьеры, а значит и затраты, ниже. При этом в ближайшие десятилетия устареют около 200 ядерных реакторов, расположенных в основном в США, Европе, России и Японии. Как следствие, по прогнозу МЭА, общая доля атомной энергетики в мировой энергосистеме к 2040 году может вырасти лишь незначительно.

Другой вид ядерной энергетики — ядерный синтез — потенциально может обеспечить гораздо более безопасный и почти безграничный поток энергии без высокорадиоактивных отходов или угрозы расплавления активной зоны реактора. Во время ядерного синтеза, являющегося процессом, происходящим на Солнце и внутри других звезд, атомы легких элементов (например, водорода) соединяются при высоких температуре и давлении и образуют более тяжелые атомы (как гелий), испуская при этом огромное количество энергии. С 1950-х правительства всего мира вливали в разработку этой технологии миллиарды долларов. Ученые тогда предсказывали, что работающие реакторы будут введены в строй в течение нескольких десятилетий. Однако воспроизведение этого процесса на Земле оказалось сложнее, чем ожидалось, и первоначальный прогноз стал дежурной шуткой. Похоже, он будет реализован не ранее чем через 20–30 лет.

Более того, никак не получается избегать задержек и в совсем недавно стартовавшем проекте международного экспериментального термоядерного реактора ITER («путь» на латыни). Первоначально планировалось запустить его в 2016 году. Но на строительство крупного реакторного комплекса во Франции потребовались миллиарды долларов сверх бюджета и годы сверх графика. По некоторым нынешним оценкам, он должен начать работу примерно через 10 лет. Тем не менее многие ученые продолжают считать, что это лучшая перспектива получения Святого Грааля ядерного синтеза: реактора, который производит гораздо больше энергии, чем потребляет. На данный момент цель еще далеко. Мировой рекорд 1997 года по мощности, полученной при ядерном синтезе, по-прежнему составляет 16 мВт — и на это потребовалось 24 мВт для разогрева плазмы.